复杂设备BIT系统几种典型虚警的数学分析

机内测试(Built-in Test,BIT)技术是改善系统或设备测试性和诊断能力的重要途径,它能够提高设备内部检测和隔离故障的能力、简化设备维修、降低全寿命周期费用,但是较高的虚警率一直是阻碍BIT广泛应用的一个重要原因.在对复杂设备BIT系统建立数学模型的基础上,分析了BIT系统几种常见虚警的机理模式,并以此提出了相应的技术解决路线,这对BIT系统的故障诊断设计具有参考价值.     

BIT分析的三态马尔可夫模型

BIT虚警率高阻碍了BIT效能的充分发挥和更广泛、更深入的应用,如何在故障检测率一定的条件下,降低虚警率将成为一个亟待解决的问题。通过将系统状态划分为正常、间歇和故障三种状态,建立了三态马尔可夫模型。分析了三态模型的合理性、与两态(正常状态、故障状态)模型的关系,并对两者进行了对比。理论分析表明,基于三态模型的BIT与基于两态模型的BIT系统相比,其能力与性能得到了提高,在提高故障检测率的同时,还可以降低虚警率。     

基于贝叶斯决策的机内测试虚警滤波技术

提出了一种将贝叶斯决策用于机内测试(RIT)系统的虚警滤波方法.诊断的BIT系统包括正常、瞬态、间歇和故障四类状态,利用最小最大决策法确定这四类状态的先验概率,并建立相应的贝叶斯风险决策表.以机载电源的机内测试系统为例进行研究,为每个诊断模块建立相应的贝叶斯决策器,通过支持向量机识别出有异常的可更换模块后,启动相应的决策器对该模块的BIT状态进行决策.结果表明,该方法能够识别出系统中的瞬态和间歇故障,可有效降低BIT虚警发生的概率.     

机载电子设备BIT优化设计技术研究

机内测试(built-in test,BIT)可以提高机载电子设备的任务可靠性,提升装备系统的任务效能。按照基于可靠性的BIT优化设计思想,分析了BIT对系统可靠性的影响,重点讨论了基于可靠性的BIT优化设计方法。提出了BIT优化设计的非线性整数规划(non-linear integer programming,NLIP)模型,并通过LINGO软件求解该模型。实例分析结果表明,该方法有效地降低了系统的故障率,提高了BIT设计指标。     

参数不确定的非线性随机时滞系统的H∞滤波

研究了一类带有参数不确定性的非线性随机时滞系统的鲁棒H∞滤波问题.假设参数不确定性是范数有界的并且系统的动态方程是由伊藤微分方程所描述的.对所有容许的参数不确定性以及外界干扰,构造一个线性、无时滞、不确定性及独立的状态滤波器,使滤波误差动态系统是指数均值稳定并且独立于时滞的.针对单时滞系统和多时滞系统两种情况,基于线性矩阵不等式(LMI)方法给出了保证鲁棒H∞滤波存在的充分性条件.最后,数值仿真结果很好地说明了该方法的有效性.     

一类时滞不确定性系统的鲁棒H2/H∞状态估计

研究了一类时滞不确定性系统的状态估计问题 ,其中系统的参数不确定性是时变和模有界的。首先证明了时滞不确定性系统二次稳定且H∞ 范数小于指定的上界的充分条件 ,然后利用修正的Riccati型不等式推导了使得估计系统同时满足二次稳定和鲁棒H2 /H∞ 性能的线性估计器存在的充分条件 ,通过求解两个代数Riccati方程的正定解 ,得到了该估计器的参数表示。仿真试验表明了该设计方法的有效性和可行性。     

不确定多时滞系统的鲁棒H∞观测器设计

研究一类不确定性的多时滞系统基于观测器的鲁棒H∞控制问题.系统的不确定性参数是时变的,但其结构已知.通过构造观测器,并利用观测器状态进行反馈控制,使系统不仅鲁棒镇定,且具有一定的H∞性能.鲁棒H∞控制器的设计可通过求解两个线性矩阵不等式得到.     

不确定T-S模糊系统鲁棒非脆弱H∞控制

针对具有状态和输入不确定性的连续时间非线性模糊Takagi-Sugeno(T-S)系统模型,研究了其H∞稳定和模糊非脆弱控制器的设计问题。基于Lyapunov函数稳定性分析理论,采用PDC基本思想和LMI方法,在控制器参数具有加性和乘性摄动的前提下,设计出了其非脆弱H∞模糊控制器,使闭环系统对允许的不确定参数具有H∞稳定。实例仿真结果验证了该控制器设计方法的有效性和可行性。     

一类非线性不确定时滞系统的时滞相关鲁棒H∞控制

针对一类具有状态非线性不确定性的时滞系统,基于适当形式的Lyapunov泛函和Lyapunov稳定性理论,利用线性矩阵不等式(LMI)方法,讨论了时滞相关型鲁棒H∞状态反馈控制器设计问题.在非线性不确定性满足增益有界条件下,得到了该类时滞系统依赖于时滞的满足鲁棒H∞性能的一个充分条件,且控制器存在的充分条件由线性矩阵不等式组(LMIs)的形式给出,可以通过求解一个线性矩阵不等式组获得鲁棒H∞控制器.最后给出一个具体算例说明了该方法的有效性.     

一类不确定大系统分散鲁棒H∞状态反馈控制

针对一类状态矩阵、控制矩阵及关联矩阵中存在数值界不确定性关联大系统,研究其分散鲁棒H∞状态反馈控制问题。基于有界实引理提出了存在分散鲁棒H∞状态反馈控制器的参数化定理和两种线性矩阵不等式(LMI)设计方法:直接LMI和迭代LMI,所获得的控制器具有块对角结构,使闭环系统稳定并且满足给定的H∞性能指标。最后用数值实例说明了该设计方法的有效性。     

不确定非线性系统的H∞鲁棒自适应控制

针对带有不确定性和外界扰动的非线性系统,讨论了鲁棒自适应干扰衰减控制器的设计方法。分别在系统是指数无源(当ω≡0,Δg≡0,u≡0时)和满足一定条件下,根据系统不确定性所满足的条件,提出了两种基于Lyapunov稳定性理论的非线性鲁棒控制器的设计方法,所获得的控制器使闭环系统满足H∞鲁棒扰动衰减性能准则。同时这种设计方法避免了Hamilton Jacobi不等式的求解问题,简化了控制器的求解过程,使所获得的控制器结构简单。     

基于 LMI的广义不确定时滞系统鲁棒H∞控制

针对一类广义不确定时滞系统,假定其中的不确定性是范数有界的和系统的状态是完全可测的,基于线性矩阵不等式(linearmatrixinequality,LMI),通过构造Lyapunov泛函,给出了一种鲁棒H∞状态反馈控制器的设计,仅通过求解相应的线性矩阵不等式就可得到鲁棒H∞状态反馈控制器。并证明了该方法不仅使得相应的闭环系统渐进稳定,又能保证闭环系统从扰动到受控输出之间传递函数的H∞范数不大于给定的指标值。用数值算例验证了所给方法的有效性。     

奇异不确定性多时滞系统的二次稳定性与H∞控制

针对奇异不确定性多时滞系统,研究了其二次稳定性及H∞状态反馈控制器的设计.假定其中的不确定性是范数有界的,通过构造改进的Lyapunov泛函,给出了其二次稳定性及H∞状态反馈控制器存在的条件.仅通过求解相应的线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)就可得到鲁棒H∞控制器,设计的控制器对所有容许的不确定性不仅使得相应的闭环系统渐进稳定,也能保证闭环系统满足一定的H∞性能指标,达到抑制干扰的效果.最后,用数值算例及仿真验证了所给方法的有效性.     

高超声速滑翔飞行器不确定性分析与H∞混合灵敏度控制

针对高超声速滑翔飞行器具有强不确定性的问题,采用鲁棒性强的H∞混合灵敏度方法设计飞行器的控制系统。首先,针对模型包含大量不确定参数, 使用了最坏情况增益(worst case gain, WCG)的灵敏度分析方法对系统不确定性进行分析,得到了可以表示原系统模型不确定性的主要不确定参数。然 后,根据不确定参数分析结果,选取H∞混合灵敏度控制器的权函数并设计了控制器。最后,通过三通道非线性仿真以及参数拉偏仿真,对控制系统的动态性能和鲁棒性进行了检验,验证了控制系统分析与设计方法的有效性。     

一类非线性时滞不确定性系统的鲁棒H∞滤波

研究含有状态时滞的非线性不确定性系统的鲁棒H∞滤波器设计问题。利用修正的Riccati型不等式分析了使滤波系统渐近稳定、且从噪声输入到误差输出的传递函数的H∞范数小于指定上界的充分条件，通过两个代数Riccati方程的正定解参数化表示了该滤波器。滤波器的设计过程和结构均是与状态时滞的大小、非线性扰动以及不确定性的参数无关的。仿真试验进一步表明了设计方法的有效性和可行性。     

基于扰动补偿的伺服系统H∞优化设计与仿真

针对双轴伺服系统中存在较强的内部不确定性和外部干扰的特点,建立了系统的不确定性数学模型.在此基础上,提出基于扰动补偿的鲁棒两自由度H∞控制器的设计方法,并利用MATLAB软件对系统进行优化设计与仿真.设计与仿真结果表明:该控制器具有好的鲁棒性,解决了伺服系统性能要求和鲁棒稳定性要求两者之间的综合平衡问题,并获得了良好的扰动解耦效果.     

混合不确定多态系统可靠性的EUGF分析方法

在进行多状态系统可靠性分析时,很多情况下系统中同时存在着多个类型不确定信息,如一些复杂系统中,由于样本量的差异,一些信息可以作为随机信息,而另一些信息由于缺少足够的样本,只能以区间形式给出。提出一种基于证据通用生成函数理论的多状态系统可靠性分析方法,来处理多类不确定性信息的多态系统。该方法基于证据不确定性量化理论,能够充分利用区间信息和认知信息,避免了系统中信息的浪费。基于证据量化理论建立证据通用生成函数模型,采用信度和似然度对多态系统进行可靠性评价,提高了基于认知不确定性的可靠性分析结果的可信性。对于同时含有随机信息和认知信息的多态系统,该方法首先通过将随机信息离散处理,然后建立统一的证据通用生成理论模型进行多态可靠性分析。通过案例分析对所提出的方法进行了验证。     

随机不确定系统鲁棒H∞滤波器的设计

研究了一类随机不确定系统的鲁棒H∞滤波问题,该系统模型状态及输出矩阵中均具有参数不确定性且满足范数有界条件.对于所有的不确定性,通过辅助系统讨论了随机稳定条件并设计了一个稳定的滤波器使滤波误差满足指定的H∞性能,并且得到了滤波器存在的充分且必要条件.同时给出了设计滤波器的LMI方法,通过求解LMI可以方便的得到滤波器的表达形式.最后,仿真算例说明了所设计方法的有效性和可行性.     

基于证据理论的异类信息统一表示与建模

在复杂系统的性能、可靠性评估中,由于信息不完备、实验样本有限、对复杂物理过程的认识不充分等原因,存在多种不确定性.由于不确定性的来源不同,因此在系统建模时不确定性参数存在概率分布、模糊分布、概率包络、区间信息等多种表达方式,难以用统一的方法对系统的性能、可靠性进行量化评估.研究了概率分布、概率包络、模糊分布、专家估计信息、小样本测试数据等不同类型的信息转化为基于证据理论的统一表示的方法,讨论了基于证据理论的异类信息统一表示方法在模型不确定性量化中的应用.实例仿真表明了所提出方法的有效性.     

执行器有故障时关联大系统的可靠H∞控制

针对一类具有常时滞、执行器故障和参数不确定性的关联大系统可靠H∞控制问题,提出了可靠H∞控制器的设计方法,其中参数不确定性满足匹配条件,而执行器故障采取比通常的离散故障模型更实际的连续增益故障模型。本文的目的是设计无记忆分散控制器镇定被控系统。利用线性矩阵不等式获得该控制器,使得系统在此控制器下无论是否发生故障都保持渐近稳定,并且具有一定的H∞性能指标。通过仿真的例子,验证该分散状态反馈控制器的可行性。